Освоение Марса

[AlexAV]

Не более нескольких столетий.

Порог фотолиза аммиака 4 эВ. Поток фотонов с энергией >4 эВ на орбите Марса приблизительно 3 10¹⁹ фотонов/м2 с. Следовательно скорость фотолиза можно оценить как 10 тыс. т./с. Или 326 млрд. т/год. Для образования азотной атмосферы в 1 бар потребуется 15 тыс. лет. Да... Не так уж и мало. Хотя по геологическим меркам срок всё равно ничтожный. 

[AlexAV]

то же касается приведённой статьи, то по ней выходит, что Марс замёрзнет, даже если будет сухим.

Здесь не всё так однозначно. Средняя температура будет в глубоком минусе. Но есть детали климата, которые планету даже в таком состояние делают относительно жизнепрегодной. Дело в том, что средняя не вполне равносильно постоянной.

Детальное моделирование для Марса (ссылку давал здесь https://astronomy.ru/forum/index.php/topic,130487.msg3249513.html#msg3249513) даёт, что несмотря на глубоко отрицательные среднегодовые температуры дневные максимумы будут регулярно пресекать ноль. В результате на поверхности регулярно будет вода в жидком состоянии. Наличие следов водной эрозии, относящихся к Гесперийской эре, этот вывод подтверждают. Гидрологический режим при этом получается очень своеобразным (http://people.bu.edu/marchant/Dave_FullText_Papers/Head_AntarcticScience_2014.pdf). Но полностью замёрзшей планета всё же не будет.

Другой момент - атмосферное давление. Рост давления ведёт к росту парникового эффекта. Правда для атмосферы из чистого углекислого газа возникает ограничение из-за возможности его конденсации в форме сухого льда в следствие чего может происходить резкий рост альбедо, что перевешивает парниковый эффект и начинает наоборот охлаждает климат, если давление превысит 2 атм (речь естественно о Марсе). Для азота таких резких ограничений нет. В условиях Марса конденсироваться он естественно принципиально не может. Очень плотная азотная атмосфера (скажем 5 атм) может также заметно улучшить климат.

А вот интересно, если заполнить Марс водой, а сверху разлить плёнку жидких углеводородов, то эти углеводороды будут препятствовать испарению воды.

Где же их взять в таких количествах. Вообще будь волшебный кран способный выдавать их -  то специально подобранным коктейлем, перекрывающим за счёт Доплера всё полосу теплового излучения, там можно хоть тропические джунгли устроить. Вот только нет этого крана.

[AlexAV]

Интересная статья о влиянии атмосферного давления на ширину обитаемой зоны: http://arxiv.org/pdf/1302.4566v1.pdf

[AlexAV]

не путем набора веса

А зачем Марсу набирать массу? Имеющийся более чем достаточно. Нужно только атмосферу где-то взять.

а путем вывода на орбиту Марса спутника, который будет подобен Луне в системе Земля-Луна?

И зачем это надо?

P.S. Сравнительно малая масса Марса наоборот облегчает терраформирование, т.к. атмосфера при меньшей давление будет иметь большую оптическую толщину. А это делает климат теплее, чем если бы на его месте была бы планета с земной массой и гравитацией.

[AlexAV]

Я вот подумал - если создать на Марсе атмосферу из аммиака, а потом поджечь его вблизи поверхности, то получится ли цепная реакция?

Не получится. Эта реакция очень медленная. Вы такого воспламенения даже в лабораторных условиях никогда не получите.

[AlexAV]

А если Фобос или Деймос обрушить на Марс, то хватит ли выделившейся теплоты, чтобы растопить и испарить замёрзшую углекислоту полярных шапок?

Масса Фобоса 1 10¹⁶ кг, его скорость при столкновении с Марсом будет 4,3 км/с. При столкновении выделится энергия 9,2 *10²² Дж. А мощность получаемая Марсом от солнца равна 2,2 10¹⁶Вт. Т.е. энергию равную этому взрыву Марс получает от Солнца за 48 суток. Это копейки. Чтобы он там не испарил - оно осядет обратно буквально за несколько месяцев.

Единственный способ добиться максимально комфортного климата планеты - это обеспечить оптимальное давление и состав атмосферы. В случае Марса - максимальное возможное давление и концентрации малых компонентов максимально  перекрывающих спектр собственного теплового излучения (в этом смысле интересны метан и закись азоте как естественные продукты биосферы, причём в условиях Марса довольно долгоживущих из-за более низкого уровня потока УФ излучения по сравнению с землёй).

[AlexAV]

Прогрев недр и магнитное поле. Убедительно?

Луна даёт крайней незначительный вклад в разогрев недр Земли (большая часть энергии рассеивается в океане и верхнем слое литосферы). Так что наличие чего-то похожего на Луну у Марса ничего в плане геологической активности в значимой мере не поменяет. Что касается магнитного поля... А зачем нам это магнитное поле (его значение для жизни на Земля мягко говоря сильно преувеличино)?

[AlexAV]

Преувеличено? И в чем же преувеличено?

Ну в том что оно вообще не нужно. Основную роль в защите от радиации играет не магнитное поле, а атмосфера. Удержание атмосферы для планеты размером с Марс и более также от наличия магнитного поля зависит не очень сильно (по крайней мере при современном уровне солнечной активности).

[AlexAV]

Ну это при плотной атмосфере, подобной атмосфере Венеры. Для этого придется превратить Марс в подобие Венеры. И в чем смысл терраформирования?

Даже современная марсианская сильно ослабляет космическую радиацию. А атмосфера же вроде земной является совершенно достаточной защитой, задерживающей его почти полностью.

[AlexAV]

0.2 бар мало для земных сложных растений.

Достаточно. Для растений даже 40 мбар достаточно. Сложным животным нужно больше, но 0,15 - 0,2 атм чистого кислорода достаточно даже для наиболее требовательных к кислороду животных вроде человека.

P.S. Самые выносливые из растений показывают признаки активной жизнедеятельности даже в современной марсианской атмосфере: http://www.sciencedirect.com.sci-hub.org/science/article/pii/S0032063313002055

[AlexAV]

Так почему же до сих пор люди не высадились на поверхности Марса, если магнитное поле не нужно?

Уж точно не из-за радиации на поверхности Марса.

Будет, если люди захотят терраформировать Марс без магнитного поля

Где вы эту чушь взяли?

А для этого нужна защита. Не находите?

Атмосферы земной плотности для этого с избытком достаточно.

[AlexAV]

Уж точно не из-за радиации на поверхности Марса.

Кое-что о радиации на поверхности современного Марса с его слабой атмосферой: http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=5106

Собственно ничего критического. А для более плотно так вообще никаких проблем здесь нет.

[AlexAV]

Некие товарищи хотят отправить на Марс растения. Но, если они каким-то чудом выживут и будут размножаться , то они сократят давление атмосферы, вовлекая углекислый газ в синтез органики и замещая его более лёгким кислородом.

Тут не так всё однозначно. Если они вовлекут ещё сульфаты (через цикл с участием сульфаредукторов), то может и сильно вырасти. Сульфатов на Марсе много.

[AlexAV]

2. Давление от атомарной массы газа не зависит, только от количества частиц.

Для атмосферы планеты в целом - от полной массы атмосферы, всё остальное не имеет значение (при условии, что толщина атмосферы много меньше радиуса планеты). Если весь углекислый газ из атмосферы превратить в кислород, то (если считать формально) масса атмосферы уменьшится, а значит уменьшится и давление.

НО. Так считать не верно. Есть ещё углекислый газ адсорбированный грунтом, сухой лёд, карбонаты в породах и (что для Марса очень существенно) сульфаты. И всё это может стать источником кислорода в биологических циклах.

[AlexAV]

В таком случае и облака давят 

На самом деле действительно давят.   Правда их масса ничтожна по сравнению с массой атмосферы, поэтому эти эффекты ничтожны.

А вот от средней температуры атмосферы давление действительно зависит

А вот от температуры не зависит совершенно (конечно же если высотная постоянная в барометрической формуле мала по сравнению с радиусом планеты). Это легко проверяется. Важна только масса столба и ускорение свободного падения.

P.S. Зависимость давления от высоты возникает из условия гидростатического равновесия



Если это проинтегрировать, то и получится, что если высота атмосферы не очень большая (зависимостью g от высоты можно пренебречь), то давление на поверхности планеты есть просто произведение массы атмосферы на единицу площади на ускорение свободного падения. И ни состав, ни температура никакого значения иметь не будут.

[AlexAV]

важаемый AlexAV, к сожалению, в данном случае Вы заблуждаетесь, это применимо к гидросфере, но никак не применимо к атмосфере.

Нет. К атмосфере это применимо в равной мере. Это просто следствие условия гидростатического равновесия (оно универсально и в равной мере верно и для жидкостей, и для газов (причём не важно нужно ли учитывать диффузионное равновесие как в гетеросфере, или можно считать состав независимым от высоты, как в нижних слоях атмосферы ) и  для плазмы). В сжимаемой среде плотность естественно будет зависеть от высоты, но на окончательный результат это никак не повлияет.

[AlexAV]

В таком случае и паровой двигатель был бы невозможен

Паровой двигатель здесь вообще не причём. Но конечно же для пара в нем вполне справедливы уравнения Навье-Стокса (условие гидростатического равновесия - их следствие). 

Нет, не приемлемо.

Справедливо. Посмотрите в любой монографии по гидродинамике или атмосферной физике.

[AlexAV]

Как-то обсуждали про ксеноновую атмосферу, как один из   вариантов стойкого терраформирования...

Для Марса и азотно-кислородная атмосфера будет вполне стойкой. Солнце раньше превратится в красный гигант, чем он её при текущей активности Солнца потеряет.

С криптоном можно Луну терраформировать. Правда неясно где его взять в таких количествах (это достаточно редкий газ).

[AlexAV]

Допустим, Каллисто?

Сложный вопрос. Что касается галлиевых спутников Юпитера, то пока не полностью ясен даже механизм диссипации их первичных атмосфер (обычные тепловые и нетепловые связанные с взаимодействием с излучением солнца это не обеспечивают, вероятно ключевую роль здесь играло взаимодействие их атмосфер с магнитным полем и радиационными поясами Юпитера). Нужны точные вычисления скорости потерь в тех условиях, чтобы чётко ответить.

Или хоть Луны?

Про Луну вопрос очень интересный. Простые энергетические оценки говорят, что атмосферу она будет терять за время не менее нескольких миллионов лет, что не так мало (при массе атмосферы в 2 10¹⁸ кг это соответствовало бы потерям менее чем несколько сотен миллионов тонн в год). Аккуратного же расчёта скорости диссипации гипотетической атмосферы земного типа - нигде не встречал.  Тем не менее - шанс здесь есть.

[AlexAV]

Ксенон кое-как может и будет держаться, а криптон нет.

Криптоновую - тоже удержит. На самом деле даже кислородно-азотную будет терять не так уж и быстро (миллионы лет). Но с более точными оценками - вопрос становится весьма сложным. Т.е. потери будут идти по SHE-механизму, а его скорость зависит от баланса нагрева термосферы ионизирующим и диссоциирующим излучением и её охлаждением теплопроводностью и излучением. Результат здесь будет очень чувствителен к деталям состава атмосферы (прежде всего к содержанию и видам парниковых газов в атмосфере, они играют очень большую роль в охлаждение верхних слоёв атмосферы).

Луна (при современной активности солнца) - это как раз тот промежуточный случай между телами которые атмосферу точно не держат и точно держат, и поэтому для рассмотрения пожалуй наиболее сложна. На результат начинают влиять мелкие детали.